Flash-Laufwerke

Speicherverwaltung: Flash-Laufwerke
Prof. Dr. T. Kudraß
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Flash-Laufwerke
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NAND
Puffer
SATASchnittstelle
Controller
NAND
ECC
NAND
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Cache
Aufbau einer Flash-Disk
n * 1000 Blöcke
á 64 … 128 Seiten
á 2/4 KB Daten +
128 Byte ECC
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Probleme bei Flash-Speichern
• Zwei Hauptprobleme
– Löschoperationen gegenüber Lesen vergleichsweise langsam
(2 ms vs. 25 μs)
– Begrenzte Lebensdauer der Zelle (ca. 100.000 Lösch-SchreibZyklen bei SLC-Speichern)
• Lösungen
– Block Manager: Vermeidung teurer Lösch-Operationen durch
Schreiben in neue leere Blöcke (Verwaltung und Wiederverwndung
der alten Blöcke)
– Wear Leveling: Gleichmäßige Verteilung der Schreibvorgänge auf
alle Blöcke
• Anbindung an den Prozessor
– SATA: Nutzung wie herkömmliche Magnetplatten – allerdings mit
Leistungsverlust
– Alternative: Anbindung über PCI Express deutlich schneller und
teurer (siehe tabellarischen Vergleich)
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Konsequenzen für Einsatz als Sekundärspeicher
• Klassische DBMS-Operationen mit sequentiellem Lesen nutzen
Stärken von Flash-Speicher nicht aus
• Effizientere Adressierung kleinerer Blockgrößen
– Komplexe Verwaltung für Wear Leveling erzeugt gewisse Latenzen
– Empfohlene Blöckgrößen 32 KB (Vielfaches der Flash-Seiten)
– Wahlfreie Zugriffe effizienter als auf Magnetplatten, aber begrenzen
auf 4 bis 16 MB
– Konkurrierende I/O-Zugriffe bis zu einem gewissen Maße ohne
Performance-Einbußen durchführbar
• Eigenschaften von Flash-Laufwerken
Intel X25-M
FusionIO ioDrive
Technologie
MLC
SLC
Schnittstelle
SAT 1.5/3 Gbit/s
PCIe X4
Leselatenz
85 μs
50. μs
Bandbreite (Lesen)
250 MB/s
750 MB/s
Bandbreite (Schreiben)
70 MB/s
650 MB/s
Kapazität
80 GB
80 GB
Preis (ca.)
220 €
1.900 €
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Anwendungsfälle für Flash-Speicher
• Schnellere Festplatte
– Kleinere Blockgrößen, jedoch Anpassung von Datenstrukturen
– Nachteile: hoher Preis, Schreiblatenz
• Zusätzlicher Cache zwischen Hauptspeicher und Magnetplatte
–
–
–
–
Beschleunigte Leseoperationen
Geringere Kosten gegenüber reinem SSD-Einsatz
Kein Einfluss auf Write-Performance
Beispiel: Oracle Exadata Database Machine: 2 TB RAM, 100 TB
Magnetplatten, Flash Cache 5 TB (Stand Sept. 2011)
• Medium für Spezialzwecke
– Protokollieren und Zurücksetzen von Transaktionen im Rahmen des
Recovery (siehe Vorlesung zu „Recovery“)
– Speicherung von temporären Tabellen
– Probleme im Langzeitbetrieb durch begrenzte Anzahl von
Schreibvorgängen
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